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Für viele technische Aufgaben müssen Strömungen von Luft, Wasser oder anderen Fluiden angepasst und optimiert werden. Mit Hilfe von Berechnungen lassen sich diese Aufgaben oft schneller und effizienter meistern als im Experiment.

 

Gerade für die Auslegung von klimatechnischen Systemen hat sich die numerische Simulation von Strömungen (engl.: Computational Fluid Dynamics, CFD) zu einem unverzichtbaren Werkzeug entwickelt. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Rechner-Hardware und wegen der langen Rechenzeiten bleibt CFD bislang meist noch auf ausgewählte Problemfälle beschränkt.

Viele Betreiber wünschen sich aber genauere Informationen über ihre Klimaanlage, und zwar im laufenden Betrieb. Wie aktuelle Strömungszustände, zum Beispiel bei variabler Belegung von großen Tagungssälen erfasst werden können, dafür hat das Institut für Luft- und Kältetechnik in Dresden (ILK) spezielle Methoden der Simulation entwickelt. Mit ihnen lässt sich ein Abbild der Raumströmung in Echtzeit berechnen, das die wichtigsten Strömungseigenschaften wie etwa die energiereichen Wirbelstrukturen erfasst. 

Luftzufuhr optimal gestalten
Die aus der Simulation vom ILK Dresden bestimmten dreidimensionalen Geschwindigkeits- und Temperaturverteilungen werden verwendet, um die Luftzufuhr in den jeweiligen Raum optimal zu gestalten. So lässt sich die Temperatur dann beispielsweise im Aufenthaltsbereich von Personen  behaglich einstellen, während sich der Betrieb der Klimaanlage in anderen Räumen an der energetischen Optimierung ausrichtet.

Das ILK Dresden nutzte vor diesem Hintergrund spezielle Optimierungsalgorithmen. Das ist innovativ, weil der aktuelle Zustand der Raumluft nicht mehr allein durch Messungen über einzelne Sensoren erfasst wird, sondern durch die gleichzeitig erfolgende rechnerische Simulation über den gesamten Raum. Durch dieses Vorgehen lässt sich der Energiebedarf der Klimaanlagen signifikant verringern, bei gleichzeitig angenehmen Temperaturen. 
Die im Rahmen des Projekts entwickelten Verfahren zur schnellen Simulation und Optimierung von Strömungen lassen sich laut ILK Dresden in vielen Bereichen einsetzen. Aktuell ist das Berechnungsprogramm ein firmeninternes Werkzeug, das jedoch in weiteren Schritten an verschiedene Nutzer und deren Anforderungen angepasst wird.

Das ILK ist Mitglied in der Zuse-Gemeinschaft, einem Zusammenschluss von mehr als 70 privatwirtschaftlich organisierten Forschungseinrichtungen.